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中国燃油燃气锅炉未来节能减排潜力分析

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来源:
2017/06/08 11:42

  我国工业锅炉生产及使用量大面广,平均容量小,容量小于35t/h的锅炉约占工业锅炉总量的98.9%,其中2~lOt/h的锅炉约占75%,锅炉平均容量不到3t/h。燃煤工业锅炉占工业锅炉总地的80%以上,燃油燃气锅炉约占l5%,电加热锅炉占l%左右,其余的是以沼气、黑液、生物质等为燃料的锅炉。截止至2008年底,我国在用工业锅炉57.82万台,每年递增8%~lO%,年耗燃料约4亿t(标煤),约占我国煤炭总产量的1/40工业锅炉排放大量烟尘以及SO2和NOx等污染物已成为我国大气主要煤烟型污染源之一。我国每年工业锅炉的污染物排放约为:烟尘800万t,S02900万t,C0212.5亿t。

  

 

  燃油燃气锅炉的热损失主要有排烟热损失q2化学不完全燃烧损失q3和散热损失q5。一般燃气锅炉的排烟损失q2约为5%一8%,化学不完全燃烧损失q3约为0.5%,散热损失q5为1%一3%。由于燃油燃气燃烧后几乎没有灰分,更没有固体燃料的机械不完全燃烧现象,因此,对于燃油燃气锅炉不需计人机械未完全燃烧热损失和灰渣热损失,即q4=q6=0。在所有热损失中,排烟热损失q2占有极大比例,占总损失的70%~80%。所以,燃油燃气锅炉主要的热损失是排烟热损失q2.[doyo|page]

  国外早在20世纪70年代就已经研制出排烟温度为40 ~50℃的冷凝式燃气锅炉。所谓冷凝式燃气锅炉就是使用冷凝式换热器将燃气锅炉排烟中水蒸气凝结下来,以达到提高锅炉热效率、降低污染的燃气锅炉。由于天然气锅炉所用的燃料中大部分为烃,排烟中水蒸气含量较高,且远远大于煤燃料锅炉。如果排烟温度比烟气露点温度高,水蒸气的潜热将随着烟气排掉,将会带走大量的热量。以陕北天然气为例,其中烃体积分数占95.5%,燃料中含有大量的氢元素,排烟中含有大量的水蒸气,如果降低排烟温度到露点温度以下,回收排烟中的部分烟气显热和水蒸气潜热,则锅炉的热效率可以提高1O%一15%,数量相当可观。

  根据水蒸气分压力可以知道,天然气锅炉排烟露点温度一般在55~60℃。我们通过冷媒介质(如冷水、冷空气等)降低烟气温度至烟气露点温度以下,使烟气中的水蒸气冷凝,可以同时回收烟气的显热和潜热。传统上计算热效率是以低位发热量为基准的,现计入水蒸气潜热后锅炉热效率可以超过100%。同时由于水蒸气冷凝过程中冷凝水可以吸收一部分有害气体(如S02、NOx等),降低了污染物的排放,有利于环保。燃烧每标准立方米的陕北天然气可产生约为1. 6kg的水,0.7MW的天然气锅炉的燃料消耗量约为80m3/h,如果产生的水蒸气的一半被冷却下来,则可产生80×1.6 x0.5kg/h =64kg/h的水,可以看出所获得的水量是可观的,如果采取措施对这一部分水加以利用,那么对一些缺水的地区将会产生积极的作用。[doyo|page]

  在推进节能减排工作中,我国许多大中城市都规定城市中心区工业锅炉限制燃煤,要求撤除小型燃煤锅炉,用大型集中供热、热电联产燃煤锅炉或燃油燃气锅炉取代,这是因为燃油燃气工业锅炉具有以下明显的节能减排优势。

  1)锅炉热效率高。我国燃煤工业锅炉平均运行热效率仅60%~65%,锅炉容量越小效率越低;燃油燃气工业锅炉热效率一般为80%~85%,不同容量锅炉热效率差别不大,全自动燃油燃气工业锅炉热效率可高达93%~95%。从燃烧效率看,燃煤工业锅炉平均燃烧效率不到80%,燃油燃气工业锅炉平均燃烧效率95%以上,全自动燃油燃气工业锅炉燃烧效率大都可达98%~99%(考虑烟气冷凝水潜热回收后)。

  2)运行能耗低。燃油燃气锅炉一般采用微正压燃烧,只需一个鼓风机,没有除尘、上煤、除渣设备,运行电耗不到燃煤锅炉的一半;小型工业锅炉起停比较频繁,燃油燃气锅炉起停方便,停炉即完全停止燃料消耗,不像燃煤锅炉停炉设备仍需消耗一定的燃料。

  3)燃料运输能耗低。燃煤中不可燃的灰分和水分占30%~40%,燃烧后的灰渣又占煤重量的30%~40%,收到基低位热值只有油和气的一半,加上油气燃料以管道运输为主,同热值油气燃料运输能耗不到燃煤和灰渣运输能耗的1/4。

  4)锅炉制造钢材及其能源消耗低。制造燃油燃气锅炉的钢材消耗仅为同容量燃煤锅炉的

  40%~60%。

  5)污染物排放少。煤中含有大量的不可燃成分,燃烧后灰分和未完全燃烧的炭成为烟尘,是大气的主要污染源;煤和灰渣的运输、储存,特别是露天煤场和灰场造成地面粉尘污染;除尘、除渣又会造成水源污染。一般来说,在炉内释放相同热量的条件下,燃煤排放的烟尘量约为燃油的11倍,为燃气的500倍;燃煤排放的SO2量约为燃油的3倍,燃气的4000倍;燃煤排放的NOx量约为燃油的3倍和燃气的4倍。据估算,在温室气体排放方面-一台相同容量工业锅炉燃煤时CO2排放量约为燃轻柴油的1.3倍,燃天然气的1.5~1.8倍,燃城市煤气的2倍以上。[doyo|page]

  发达国家的煤主要作为发电锅炉燃料,工业锅炉主要燃油燃气,工业锅炉总容量中燃油燃气锅炉所占的比例一般都在90%以上,例如美国为98%,日本为99%。

  20世纪50年代后期,我国哈尔滨、武汉等地的锅炉厂开始使用前苏联技术生产燃油燃气锅炉。到了21世纪初,全国燃油燃气锅炉已占到在用工业锅炉总台数的10%和总容量的6%左右,按容量计算的工业锅炉年产量中,燃油燃气锅炉约占15%。

  随着燃油市场价格的起伏,我国燃油工业锅炉增减趋势也常有变化,但燃气工业锅炉基本上一直是增长趋势。

  节约能源已被视为继煤炭、石油、天然气和电力等四种重要能源之后的“第五能源”。在发达国家,节能观念已从20世纪70年代初为应付能源危机而实行节约和缩减,演变成以提高效益、减少污染、改善生活质量和改进公共关系为目标。目前,我国的能源利用也正在以快速的步伐向这一目标迈进。

  目前在用的一些工业、生活燃油燃气锅炉中,大部分还未装节能器,排烟温度很高,应进行烟气余热回收的节能改造。燃油燃气锅炉房的节能减排潜力很大。